小型化、大变倍比、高清晰度、机载连续变焦距镜头的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种小型化、大变倍比、高清晰度、机载连续变焦距镜头，其沿光线入射方向分别设有光焦度为正的前固定组、光焦度为负的变倍组、光焦度为负的补偿组、可变光栏组件以及光焦度为正的后固定组；所述前固定组依次设有正月牙透镜、正月牙透镜以及由负月牙透镜和正月牙透镜密接的胶合组，所述变倍组设有双凹透镜以及由负月牙透镜和正月牙透镜密接的胶合组，所述补偿组设有由双凹透镜和正月牙透镜密接的胶合组；所述后固定组的前部依次设有双凸透镜、正月牙透镜、由双凸透镜和双凹透镜密接的胶合组以及正月牙透镜，后部设有由双凸透镜和负月牙透镜密接的胶合组。本发明具有连续电动变焦、电动调焦、电动调光、焦距实时反馈等功能。
【专利说明】小型化、大变倍比、高清晰度、机载连续变焦距镜头
【技术领域】
[0001]本发明涉及视频技术的光学摄像装置，特别是一种小型化、大变倍比、高清晰度、机载连续变焦距镜头。
【背景技术】
[0002]目前，机载探测系统不仅对重量、体积、探测范围等要求严格，而且对分辨率提出了很高要求。传统的机械补偿式变焦距镜头的光学结构形式由前固定组、变倍组、补偿组和后固定组四个组元构成，但是普遍存在着重量体积较大、变倍比较低、清晰度较差、不能与闻精度摄像机匹配等不足。
【发明内容】
[0003]鉴于现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种小型化、大变倍比、高清晰度、机载连续变焦距镜头；该镜头克服了现有变焦距镜头受限于重量体积较大、变倍比较低、清晰度较差、不能与高精度摄像机匹配等缺陷。
[0004]为了实现上述目的，本发明的技术方案是:一种小型化、大变倍比、高清晰度、机载连续变焦距镜头，所述镜头的光学系统中沿光线自左向右入射方向分别设有光焦度为正的前固定组A、光焦度为负的变倍组B、光焦度为负的补偿组C、可变光栏组件D以及光焦度为正的后固定组E ;所述前固定组A依次设有正月牙透镜A-1、正月牙透镜A-2以及由负月牙透镜A-3和正月牙透镜A-4密接的第一胶合组，所述变倍组B设有双凹透镜B-1以及由负月牙透镜B-2和正月牙透镜B-3密接的第二胶合组，所述补偿组C设有由双凹透镜C-1和正月牙透镜C-2密接的第三胶合组；所述后固定组E的前部依次设有双凸透镜E-1、正月牙透镜E-2、由双凸透镜E-3和双凹透镜E-4密接的第四胶合组以及正月牙透镜E-5，后部设有由双凸透镜E-6和负月牙透镜E-7密接的第五胶合组。
[0005]进一步的，所述前固定组A和变倍组B之间的空气间隔是1.65?50.9mm，所述变倍组B和补偿组C之间的空气间隔是3.8?40.9mm，所述补偿组C和后固定组E之间的空气间隔是3.5?21.1mm。
[0006]进一步的，所述前固定组A中的正月牙透镜A-1和正月牙透镜A-2之间的空气间隔是0.2mm，所述正月牙透镜A-2和第一胶合组之间的空气间隔是0.6mm。
[0007]进一步的，所述变倍组B中的双凹透镜B-1和第二胶合组之间的空气间隔是
0.8mmo
[0008]进一步的，所述后固定组E中的双凸透镜E-1和正月牙透镜E-2之间的空气间隔是0.4mm,所述正月牙透镜E-2和第四胶合组之间的空气间隔是0.5mm,所述第四胶合组和正月牙透镜E-5之间的空气间隔是0.1mm,所述正月牙透镜E-5和第五胶合组之间的空气间隔是5.5mm。
[0009]进一步的，所述镜头的前后两端均设有长方形法兰，两个长方形法兰底部均与底板固定连接成桥式结构。[0010]进一步的，所述镜头的调焦机构包括安装在主镜筒上的调焦电机组件和安装有前固定组A的前组镜筒，所述前组镜筒通过前组镜座安装在主镜筒内，所述调焦电机组件的齿轮与电机转子固定连接，所述调焦电机组件的齿轮与调焦环的外齿圈相啮合，所述调焦环的内螺纹分别与前组镜座的外螺纹、主镜筒的外螺纹相连接，所述前组镜座上均匀设置有若干个分别与主镜筒上的导槽相配合以引导其相对主镜筒作旋转直线运动的调焦导钉。
[0011]进一步的，所述镜头的变焦机构包括变倍电机组件、安装有变倍组B的变倍座以及安装有补偿组C的补偿座，所述变倍座和补偿座分别安装在主镜筒内的两导杆的前后端上，所述变倍电机组件的齿轮经过轮分别与精密电位器的齿轮和凸轮的齿轮相啮合，所述凸轮的前后端分别经前精密钢球和后精密钢球安装在主镜筒上并由凸轮锁紧圈压紧，所述凸轮上开设有变倍曲线槽和补偿曲线槽，所述变倍座上设置有与变倍曲线槽相配合的变倍导钉，所述补偿座上设置有与补偿曲线槽相配合的补偿导钉。
[0012]与现有技术相比较，本发明具有以下优点:该小型化、大变倍比、高清晰度、机载连续变焦距镜头比普通光学镜头具有更小的体积、更大的变倍比、更高的清晰度、更宽的气候适应范围，具有连续电动变焦、电动调焦、电动调光、焦距实时反馈等功能。
[0013]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本发明实施例的光学系统图。
[0015]图2为本发明实施例的外形接口图。
[0016]图3为本发明实施例调焦机构的原理图。
[0017]图4为本发明实施例变焦机构的原理图。
[0018]图中:A-前固定组，B-变倍组，C-补偿组，D-可变光栏组件，E-后固定组，A_l、A-2、A-4、B-3、C-2、E-2、E-5-正月牙透镜，A-3、B-2、E-7-负月牙透镜，B-1、C-1、E-4-双凹透镜，E-l、E-3、E-6-双凸透镜；1-螺钉，2-凸轮盖板，3-主镜筒，4-前精密钢球，5-过轮，6-变倍座，7-变倍导钉，8-变倍导套，9-导杆，10-凸轮，11-变倍电机组件，12-精密电位器，13-补偿导套，14-补偿导钉，15-补偿座，16-后精密钢球，17-凸轮锁紧圈，18-调焦环，19-前组镜筒锁紧圈，20-前组镜座，21-调焦电机组件，22-调焦导钉，23-前组镜筒，24-底板，25-3CCD摄像机组件。
【具体实施方式】
[0019]如图1所示，一种小型化、大变倍比、高清晰度、机载连续变焦距镜头，所述镜头的光学系统中沿光线自左向右入射方向分别设有光焦度为正的前固定组A、光焦度为负的变倍组B、光焦度为负的补偿组C、可变光栏组件D以及光焦度为正的后固定组E ;所述前固定组A依次设有正月牙透镜A-1、正月牙透镜A-2以及由负月牙透镜A-3和正月牙透镜A-4密接的第一胶合组，所述变倍组B设有双凹透镜B-1以及由负月牙透镜B-2和正月牙透镜B-3密接的第二胶合组，所述补偿组C设有由双凹透镜C-1和正月牙透镜C-2密接的第三胶合组；所述后固定组E的前部依次设有双凸透镜E-1、正月牙透镜E-2、由双凸透镜E-3和双凹透镜E-4密接的第四胶合组以及正月牙透镜E-5，后部设有由双凸透镜E-6和负月牙透镜E-7密接的第五胶合组。[0020]在本实施例中，所述前固定组A和变倍组B之间的空气间隔是1.65?50.9mm，所述变倍组B和补偿组C之间的空气间隔是3.8?40.9mm,所述补偿组C和后固定组E之间的空气间隔是3.5?21.1mm。所述前固定组A中的正月牙透镜A-1和正月牙透镜A_2之间的空气间隔是0.2mm，所述正月牙透镜A-2和第一胶合组之间的空气间隔是0.6mm。所述变倍组B中的双凹透镜B-1和第二胶合组之间的空气间隔是0.8mm。所述后固定组E中的双凸透镜E-1和正月牙透镜E-2之间的空气间隔是0.4mm,所述正月牙透镜E-2和第四胶合组之间的空气间隔是0.5mm，所述第四胶合组和正月牙透镜E-5之间的空气间隔是0.1mm，所述正月牙透镜E-5和第五胶合组之间的空气间隔是5.5mm。
[0021]在本实施例中，由上述镜片组构成的光学系统达到了如下的光学指标:(I)视场角范围:33.4°?1.56° ;(2)焦距:广=IOmm?220mm ;(3)相对孔径:D/f'优于1/4.5 ;(4)镜头分辨率:适配于1/3"百万像素CCD摄像机或CMOS摄像机；(5)全程变焦时间小于6?8秒；(6)工作温度:-40°C?+65°C;(7)外形尺寸小于长190mmX宽68mmX高89mm(含底板、3CCD摄像机);(8)总重量小于1.4Kg ;(9)力学冲击:15g半正弦波，频率40次/min ；(10)振动:振幅 0.06g2/Hg，频率 300 ?1000 Hg。
[0022]如图2所示，该镜头总长为116mm(不含底板、3CXD摄像机)，从前端到光学靶面距离为130mm。该镜头的大小为0 62mm，最高处为75mm。为了承受机载的振动，该镜头采用底板24联接。本发明设计了一个长152X宽63X高14mm长方形底板24，在镜头的前后两端设计与镜头相联的两个长方形法兰且二者底部与底板24固联，3CCD摄像机组件25安装底板24后方，用螺钉与底板24联为一体，组成桥式结构的镜头组件26 ;机载舱体通过安装板用螺钉把镜头组件联为一体。采用这种桥式结构的固联方式可以较大地提高镜头的结构谐振频率，从而提高镜头的抗振性能。本发明采用的底板24材料为:LC9-CS超硬铝，厚度为14mm ;系统的中心闻为49mm。此样机装调后，进彳丁振动、冲击实验。实验结果:在振动频率段没有产生共振现象，光轴漂移少于30"，符合技术条件要求。
[0023]如图3所示，所述镜头的调焦机构包括安装在主镜筒3上的调焦电机组件21和安装有前固定组A的前组镜筒23，所述前组镜筒23通过前组镜座20安装在主镜筒3内，所述前组镜座20的前端设置有用于锁紧前组镜筒23的前组镜筒锁紧圈19。所述调焦电机组件21的齿轮与电机转子固定连接，所述调焦电机组件21的齿轮与调焦环18的外齿圈相啮合。所述调焦环18的内螺纹分别与前组镜座20的外螺纹、主镜筒3的外螺纹相连接，所述调焦环18与主镜筒3之间采用螺距为1mm、导程为4mm、4头牙的右旋螺纹连接，所述调焦环18与前组镜座20之间采用螺距为0.75mm的左旋螺纹连接。所述前组镜座20上均匀设置有三个分别与主镜筒3上的导槽相配合以引导其相对主镜筒3作旋转直线运动的调焦导钉22。
[0024]当物距发生变化、系统进行调焦时，调焦电机组件21的电机通电时，转子做正反向运动。调焦电机组件21上的齿轮通过过轮与精密电位器12齿轮、调焦环18齿轮啮合带动精密电位器12、调焦环18作正反向运动。调焦环18通过与主镜筒3相连的右旋4头牙螺纹及前组镜座20相连的左旋螺纹带动前组镜筒23，并在三个均布调焦导钉22的作用下作正反向的直线运动，从而带动镜头的前固定组A作正反向的直线运动，实现系统调焦的目的；同时，调焦电机组件21上的齿轮通过过轮与精密电位器12齿轮啮合转动，使精密电位器12与调焦环18凸轮同步旋转。电位器旋转，则电位器的阻值发生变化，通过适当的取样电路可以取出电位器的变化值，并传给控制中心，从而实现物焦值的显示并记录前组所处的位置。
[0025]本实施例采用:调焦电机组件21的过轮齿轮啮合圆为Φ9πιπι，电机齿轮啮合圆为Φ 7mm,精密电位器12齿轮轮啮合圆为Φ 7mm，电机减速箱减速比256:1，调焦电机额定转速为6500转/分，调焦环18的啮合圆为Φ71_。调焦环18与主镜筒3的连接螺纹的导程为4mm，与前组镜座23的连接螺距为0.75mm (左旋)，因此调焦环18与前组镜座20之间的导程为4.75mm，为了满足长焦时5m近摄距时图像清晰，调焦导程应大于1mm。即调焦环18应旋转76°以上。因此本实施例的调焦组件全程调焦时间t为:t= (I/电机转速)X (减速箱的减速比)X (调焦环啮合圆直径/电机齿轮直径)X (调焦环旋转角/360° )=5秒，符合技术条件要求。
[0026]如图4所示，所述镜头的变焦机构包括变倍电机组件11、安装有变倍组B的变倍座6以及安装有补偿组C的补偿座15，所述变倍座6和补偿座15分别安装在主镜筒3内的两导杆9的前后端上，所述两导杆9分别对称地用凸轮盖板2固定在主镜筒3上，所述变倍座
6、补偿镜座通过紧配合分别压在变倍导套8、补偿导套13上进而安装在两导杆9上。所述变倍电机组件11的齿轮经过轮5分别与精密电位器12的齿轮和凸轮10的齿轮相啮合。所述凸轮10的前后端分别经前精密钢球4和后精密钢球16安装在主镜筒3上并由凸轮锁紧圈17压紧，使主镜筒3、精密钢球、凸轮10处于过盈状态，以消除运动机构的间隙产生的空回并把凸轮10旋转时的滑动摩擦转变为滚动摩擦，以减少凸轮10运动时的摩擦力。所述凸轮10按光学变焦运动方程的要求铣上变倍曲线槽和补偿曲线槽，所述变倍座6上设置有与变倍曲线槽相配合的变倍导钉7，所述补偿座15上设置有与补偿曲线槽相配合的补偿导钉14，所述变倍导钉7和补偿导钉14把凸轮10与变倍座6、补偿座15连接在一起。其中，两条导杆9起到支撑作用，并且将变倍座6、补偿座15的旋转运动转化为直线运动；变倍导套8、补偿导套13是为了增加滑动配合长度，增加变倍座6、补偿座15运动时的平稳性。
[0027]当变倍电机组件11的转子作正负旋转运动时，变倍电机组件11的齿轮通过过轮5与精密电位器12的齿轮、凸轮10的齿轮啮合转动使精密电位器12与凸轮10同步旋转，通过变倍曲线槽、补偿曲线槽及变倍导钉7、补偿导钉14带动变倍座6、补偿座15分别按变倍曲线槽、补偿曲线槽的方式运动；这样通过电机旋转实现变倍座6、补偿座15按变倍运动方程要求作前后直线运动，从而使系统的焦距产生变化。当系统的焦距发生变化时，精密电位器12的齿轮通过过轮5啮合，使电位器旋转，则电位器的阻值发生变化，通过适当的取样电路可以取出电位器的变化值，并传给控制中心，从而实现变焦值的显示。
[0028]本实施例的变焦凸轮10的啮合圆为Φ51.ι，变倍电机组件11啮合圆直径为Φ 12mm,电机减速箱的减速比采用256: 1，电机额定速率为6500转/分，变焦凸轮10的导程为160°，因此变焦组件的全程变焦时间t为:t= (I/电机转速)X (减速箱的减速比)X(变焦凸轮啮合圆直径/变焦电机齿轮直径)X (凸轮导程/360° )= (60/6500)X (256)X(51/12) X (160/360)=4.5S，符合技术条件要求。
[0029]以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
【权利要求】
1.一种小型化、大变倍比、高清晰度、机载连续变焦距镜头，其特征在于:所述镜头的光学系统中沿光线自左向右入射方向分别设有光焦度为正的前固定组A、光焦度为负的变倍组B、光焦度为负的补偿组C、可变光栏组件D以及光焦度为正的后固定组E ;所述前固定组A依次设有正月牙透镜A-1、正月牙透镜A-2以及由负月牙透镜A-3和正月牙透镜A-4密接的第一胶合组，所述变倍组B设有双凹透镜B-1以及由负月牙透镜B-2和正月牙透镜B-3密接的第二胶合组，所述补偿组C设有由双凹透镜C-1和正月牙透镜C-2密接的第三胶合组；所述后固定组E的前部依次设有双凸透镜E-1、正月牙透镜E-2、由双凸透镜E-3和双凹透镜E-4密接的第四胶合组以及正月牙透镜E-5，后部设有由双凸透镜E-6和负月牙透镜E-7密接的第五胶合组。
2.根据权利要求1所述的小型化、大变倍比、高清晰度、机载连续变焦距镜头，其特征在于:所述前固定组A和变倍组B之间的空气间隔是1.65?50.9mm，所述变倍组B和补偿组C之间的空气间隔是3.8?40.9mm,所述补偿组C和后固定组E之间的空气间隔是3.5?21.1mnin
3.根据权利要求1或2所述的小型化、大变倍比、高清晰度、机载连续变焦距镜头，其特征在于:所述前固定组A中的正月牙透镜A-1和正月牙透镜A-2之间的空气间隔是0.2mm,所述正月牙透镜A-2和第一胶合组之间的空气间隔是0.6mm。
4.根据权利要求1或2所述的小型化、大变倍比、高清晰度、机载连续变焦距镜头，其特征在于:所述变倍组B中的双凹透镜B-1和第二胶合组之间的空气间隔是0.8mm。
5.根据权利要求1或2所述的小型化、大变倍比、高清晰度、机载连续变焦距镜头，其特征在于:所述后固定组E中的双凸透镜E-1和正月牙透镜E-2之间的空气间隔是0.4_，所述正月牙透镜E-2和第四胶合组之间的空气间隔是0.5mm，所述第四胶合组和正月牙透镜E-5之间的空气间隔是0.1mm,所述正月牙透镜E-5和第五胶合组之间的空气间隔是5.5mm。
6.根据权利要求1所述的小型化、大变倍比、高清晰度、机载连续变焦距镜头，其特征在于:所述镜头的前后两端均设有长方形法兰，两个长方形法兰底部均与底板固定连接成桥式结构。
7.根据权利要求1所述的小型化、大变倍比、高清晰度、机载连续变焦距镜头，其特征在于:所述镜头的调焦机构包括安装在主镜筒上的调焦电机组件和安装有前固定组A的前组镜筒，所述前组镜筒通过前组镜座安装在主镜筒内，所述调焦电机组件的齿轮与电机转子固定连接，所述调焦电机组件的齿轮与调焦环的外齿圈相啮合，所述调焦环的内螺纹分别与前组镜座的外螺纹、主镜筒的外螺纹相连接，所述前组镜座上均匀设置有若干个分别与主镜筒上的导槽相配合以引导其相对主镜筒作旋转直线运动的调焦导钉。
8.根据权利要求1所述的小型化、大变倍比、高清晰度、机载连续变焦距镜头，其特征在于:所述镜头的变焦机构包括变倍电机组件、安装有变倍组B的变倍座以及安装有补偿组C的补偿座，所述变倍座和补偿座分别安装在主镜筒内的两导杆的前后端上，所述变倍电机组件的齿轮经过轮分别与精密电位器的齿轮和凸轮的齿轮相啮合，所述凸轮的前后端分别经前精密钢球和后精密钢球安装在主镜筒上并由凸轮锁紧圈压紧，所述凸轮上开设有变倍曲线槽和补偿曲线槽，所述变倍座上设置有与变倍曲线槽相配合的变倍导钉，所述补偿座上设置有与补偿曲线槽相配合的补偿导钉。
【文档编号】G02B7/04GK103744169SQ201310723325
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年12月25日 优先权日:2013年12月25日
【发明者】肖维军, 林春生, 刘辉, 魏岩丽 申请人:福建福光数码科技有限公司